Amplifiers-transistor-biasing
トランジスタバイアス
バイアスは、回路の機能に役立つDC電圧を供給するプロセスです。 トランジスタは、エミッタベースジャンクションを順方向にバイアスし、コレクタベースジャンクションを逆方向にバイアスして、アクティブ領域を維持し、増幅器として機能させるために基づいています。
前の章で、入力セクションと出力セクションの両方にバイアスがかかっている場合、トランジスタがどのように優れたアンプとして機能するかを説明しました。
トランジスタバイアス
信号の通過中にゼロ信号コレクタ電流が適切に流れ、適切なコレクタエミッタ電圧が維持されることは、*トランジスタバイアス*として知られています。 トランジスタバイアスを提供する回路は、*バイアス回路*と呼ばれます。
DCバイアスの必要性
非常に小さな電圧の信号がBJTの入力に与えられると、増幅できません。 BJTの場合、信号を増幅するには2つの条件が満たされる必要があるためです。
- トランジスタを ON にするには、入力電圧が*カットイン電圧*を超える必要があります。
- BJTは*アクティブ領域*にあり、*アンプ*として動作する必要があります。
適切なDC電圧と電流が外部ソースからBJTを介して与えられ、BJTがアクティブ領域で動作し、増幅されるAC信号を重畳する場合、この問題は回避できます。 与えられたDC電圧と電流は、入力ACサイクル全体にわたってトランジスタがアクティブ領域に留まるように選択されます。 したがって、DCバイアスが必要です。
次の図は、入力回路と出力回路の両方にDCバイアスを備えたトランジスタアンプを示しています。
トランジスタを忠実なアンプとして動作させるには、動作点を安定させる必要があります。 動作点の安定化に影響する要因を見てみましょう。
操作点に影響する要因
動作点に影響を与える主な要因は温度です。 温度の変化により動作点がシフトします。
温度が上昇すると、I〜CE〜、β、V〜BE〜の値が影響を受けます。
- I〜CBO〜は2倍になります（10 ^ o ^上昇ごとに）
- V〜BE〜は2.5mv減少します（1 ^ o ^上昇ごとに）
したがって、動作点に影響する主な問題は温度です。 したがって、安定性を実現するために、動作点は温度に依存しないようにする必要があります。 これを実現するために、バイアス回路が導入されています。
安定
温度変化やトランジスタパラメータの変動に依存しない動作点を作成するプロセスは、*安定化*と呼ばれます。
安定化が達成されると、I〜C〜とV〜CE〜の値は、温度変動やトランジスタの置換に依存しなくなります。 優れたバイアス回路は、動作点の安定化に役立ちます。
安定化の必要性
次の理由により、動作点の安定化を達成する必要があります。
- I〜C〜の温度依存性
- 個々のバリエーション
- 熱暴走
これらの概念を詳細に理解しましょう。
I〜C〜の温度依存性
コレクタ電流I〜C〜の式は
I_C = \ beta I_B + I _ \ {CEO}
= \ beta I_B +（\ beta + 1）I _ \ {CBO}
コレクタ漏れ電流I〜CBO〜は、温度変動の影響を大きく受けます。 これから抜け出すために、ゼロ信号コレクタ電流I〜C〜= 1 mAになるようにバイアス条件を設定します。 したがって、動作点を安定させる必要があります。 I〜C〜を一定に保つ必要があります。
個々のバリエーション
βの値とV〜BE〜の値はすべてのトランジスタで同じではないため、トランジスタが交換されるたびに、動作点が変化する傾向があります。 したがって、動作点を安定させる必要があります。
熱暴走
コレクタ電流I〜C〜の式は
I_C = \ beta I_B + I _ \ {CEO}
= \ beta I_B +（\ beta + 1）I _ \ {CBO}
コレクタ電流とコレクタ漏れ電流の流れは、熱放散を引き起こします。 動作点が安定しない場合、この熱放散を増加させる累積効果が発生します。
このような不安定なトランジスタの自己破壊は、*熱暴走*として知られています。
- 熱暴走*とトランジスタの破壊を避けるために、動作点を安定させる、つまりI〜C〜を一定に保つ必要があります。
安定係数
I〜CBO〜またはI〜CO〜が変化しても、I〜C〜は一定に保つ必要があることが理解されます。 バイアス回路がこれを維持するのに成功する程度は、安定性係数*によって測定されます。 *S で示されます。
定義により、定数βおよびI〜B〜でのコレクタ漏れ電流I〜CO〜に対するコレクタ電流I〜C〜の変化率は*安定係数*と呼ばれます。
$ S =定数I〜B〜およびβでの\ frac \ {d I_C} \ {d I _ \ {CO}} $
したがって、コレクタリーク電流が変化すると、コレクタ電流が大幅に変化することがわかります。 安定性係数は、コレクタ電流が影響を受けないように、できるだけ低くする必要があります。 S = 1が理想値です。
CE構成の安定性係数の一般的な表現は、次のように取得できます。
I_C = \ beta I_B +（\ beta + 1）I _ \ {CO}
I〜C〜に関して上記の表現を微分すると、
1 = \ beta \ frac \ {d I_B} \ {d I_C} +（\ beta + 1）\ frac \ {d I _ \ {CO}} \ {dI_C}
Or
1 = \ beta \ frac \ {d I_B} \ {d I_C} + \ frac \ {（\ beta + 1）} \ {S}
$ \ frac \ {d I _ \ {CO}} \ {d I_C} = \ frac \ {1} \ {S} $
Or
S = \ frac \ {\ beta + 1} \ {1-\ beta \ left（\ frac \ {d I_B} \ {d I_C} \ right）}
したがって、安定係数Sは、β、I〜B〜、およびI〜C〜に依存します。
